一种3D面料扫描采集方法与流程

一种3d面料扫描采集方法
技术领域
1.本发明涉及面料采集技术领域，具体为一种3d面料扫描采集方法。


背景技术：

2.目前，虚拟服装设计已广泛应用于服装工业、三维电影、电视、计算机广告特效制作等领域。数字3d面料可马上在二维或三维空间进行衣片形状和材料的修改来改善其效果。在虚拟服装定制过程中为了使面料库里面料的款式、花型，能够进行数据统计、数据交互，实现线上线下，存储传输，实时调用。
3.传统面料而言，观察，触摸是了解面料的基本方式。而数字面料来说，是要将观察触摸的真实效果，通过数字化3d渲染效果反应出来，现有对于面料的数字化技术使用两种面料扫描仪，超大分辨率线扫，和大分辨率面扫方式，线扫弊端是光源效果单一，只能单一反应纹理信息，当前市场上大分辨面扫方式，有不少弊端，其中一个原因成本高昂，第二原因市场上的数字面料对于布料效果缺乏真实反馈，数字3d布料效果较差，反馈效果不真实。
4.现有数字面料系统能够采集出贴图材质，但是采集出贴图面料效果并不能很准确反应布料效果，例如pbr贴图中法线贴图较为重要，市场上已知面料系统的法线贴图生成，通过单一固定光源，根据光源角度，通过贴图梯度以及光源求出法线贴图，这种光源方式，会因为不同位置光源的互相干扰或光源方向过于单一，出现杂散光的影响或无法照射位置，有些特殊凹凸复杂布料(如小香风款式)上法线效果有偏差，甚至是错误法线效果，采集出贴图缺失不全，无法满足3d渲染所需要pbr贴图，目前市场上采集贴图主要是基色的纹理贴图，以及少部分贴图具有法线贴图，光泽贴图等一部分功能贴图。市场上面料采集方法，例如完全依赖ai算法进行贴图生成方法，采集后的pbr贴图数据需要人工二次调整修改，无法一次达到贴近真实面料效果，与实际用户要求使用布料有较大偏差。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种3d面料扫描采集方法，具备***等优点，解决了上述背景技术中所提出的问题。
7.(二)技术方案
8.本发明提供如下技术方案：一种3d面料扫描采集方法，基于面料光照原理，面料材质在不同光照下不同特点，通过真实特点差异将真实效果线性映射出到3d面料贴图中，能够更加真实反映出面料材质特性，结合不同光照下的原始图相互叠加处理，计算得出pbr材质贴图效果，实现pbr金属/粗糙工作流贴图生成，当前3d面料采集方法可以实现基色贴图，法线贴图，置换贴图，粗糙度贴图，金属贴图，透明度贴图六大贴图效果，能够真实完整反应出真实面料效果，采集方式分为六层灯光照射，每层灯光照射分为东西南北四个方向。
9.具体实施方式包括有颜色标定、透明度标定、金属度标定、粗糙度标定和亮度均匀性标定。
10.优选的，颜色标定：
11.a.在e组,f组灯光条件下放置24色爱色丽色卡，拍摄带有色卡原始图，通过lrgb-》xyz-》lab的空间域的颜色标定算法，进行该灯光环境下的颜色标定，将该环境下的标定数据进行保存记录，后续使用在基色贴图的生成进行颜色校正使用；
12.b.在d组灯光条件下依照a方式，记录颜色标定数据；
13.c.在c组灯光条件下依照a方式，记录颜色标定数据；
14.d.在e组灯光条件下依照a方式，记录颜色标定数据。
15.优选的，透明度标定：
16.透明度基于a组灯光，无放置物体下，拍摄底板a组无物体灯光效果，记录原始透明度数据。
17.优选的，金属度标定：
18.反射率r》0.25为金属，当前标定使用2mm厚度，10cm*10cm光滑铝片作为金属标定对象，通过c，f组灯条拍摄a,b图，进行金属度计算，把光滑铝片结果值作为理想值金属为1.0标定对象，求出当前金属度系数比例。
19.优选的，粗糙度标定：
20.依照底板为理想朗伯体漫反射，通过c，d组灯条效果，拍摄a,b图，金属粗糙度计算，把底板结果值作为粗糙度为0.75值的标定对象，求出当前粗糙度系数比例。
21.优选的，亮度均匀性标定：
22.东西南北四个方位的灯条因为位置与灯条差异，会导致灯条均匀性较差，本专利基于底板为理想朗伯体进行均匀性标定；
23.a.e,f两组灯光拍摄无物体底板原始图片，通过高斯模糊去除噪点，将原始图片进行置反操作(255-原始图片)，将置换的标定数据保存下来；
24.b.d组灯光下依照a操作，记录均匀性标定数据；
25.c.c组灯光下依照a操作，记录均匀性标定数据；
26.d.f组灯光下依照a操作，记录均匀性标定数据。
27.与现有技术相比，本发明提供了一种3d面料扫描采集方法，具备以下有益效果：
28.该3d面料扫描采集方法，通过贴图生成方法通过使用真实物体进行标定，利用色卡标定，均匀性标定，金属物件标定，以及粗糙度物件标定，使用现实物体作为标定物体，去映射出贴图真实基准效果，能够更好反映出贴图跟实际物体效果的差异，建立映射模型，更加贴近真实的贴图效果，而不是没有任何显示物理依据的贴图效果，使得生成的贴图更加拟真，更好的反应现实布料效果。
附图说明
29.图1为本发明结构示意图；
30.图2为本发明基色贴图流程示意图；
31.图3为本发明法线贴图示意图；
32.图4为本发明置换贴图流程示意图；
33.图5为本发明金属贴图示意图；
34.图6为本发明粗糙度贴图示意图；
35.图7为本发明透明度贴图示意图；
36.图8为本发明颜色标定示意图；
37.图9为本发明亮度均匀性标定示意图；
38.图10为本发明金属系数标定示意图；
39.图11为本发明粗糙度系数标定示意图；
40.图12为本发明透明度标定示意图。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.请参阅图1-12，一种3d面料扫描采集方法，基于面料光照原理，面料材质在不同光照下不同特点，通过真实特点差异将真实效果线性映射出到3d面料贴图中，能够更加真实反映出面料材质特性，结合不同光照下的原始图相互叠加处理，计算得出pbr材质贴图效果，本专利实现pbr金属/粗糙工作流贴图生成，当前3d面料采集方法可以实现基色贴图，法线贴图，置换贴图，粗糙度贴图，金属贴图，透明度贴图六大贴图效果，能够真实完整反应出真实面料效果，采集方式分为六层灯光照射，每层灯光照射分为东西南北四个主要方向。
43.具体实施方案如下：
44.颜色标定：
45.a.在e组,f组灯光条件下放置24色爱色丽色卡，拍摄带有色卡原始图，通过lrgb-》xyz-》lab的空间域的颜色标定算法，进行该灯光环境下的颜色标定，将该环境下的标定数据进行保存记录，后续使用在基色贴图的生成进行颜色校正使用。
46.b.在d组灯光条件下依照a方式，记录颜色标定数据。
47.c.在c组灯光条件下依照a方式，记录颜色标定数据。
48.d.在e组灯光条件下依照a方式，记录颜色标定数据。
49.透明度标定：
50.透明度基于a组灯光，无放置物体下，拍摄底板a组无物体灯光效果，记录原始透明度数据。
51.金属度标定：
52.反射率r》0.25为金属，当前标定使用2mm厚度，10cm*10cm光滑铝片作为金属标定对象，通过c，f组灯条拍摄a,b图，进行金属度计算，把光滑铝片结果值作为理想值金属为1.0标定对象，求出当前金属度系数比例。
53.粗糙度标定：
54.依照底板为理想朗伯体漫反射，通过c，d组灯条效果，拍摄a,b图，金属粗糙度计算，把底板结果值作为粗糙度为0.75值的标定对象，求出当前粗糙度系数比例。
55.亮度均匀性标定：
56.东西南北四个方位的灯条因为位置与灯条差异，会导致灯条均匀性较差，本专利基于底板为理想朗伯体进行均匀性标定。
57.a.e,f两组灯光拍摄无物体底板原始图片，通过高斯模糊去除噪点，将原始图片进行置反操作(255-原始图片)，将置换的标定数据保存下来。
58.b.d组灯光下依照a操作，记录均匀性标定数据。
59.c.c组灯光下依照a操作，记录均匀性标定数据。
60.d.f组灯光下依照a操作，记录均匀性标定数据。
61.1)基色贴图生成方式：顶部e组灯，f组灯(带有偏振片)，e组灯与水平夹角具有20度，f组灯与水平夹角具有40度，两组灯光向下照射(两组灯条具有东西南北四个方位向里面中心位置布料照射，照射均匀性更好)，中心相机拍摄获得在该环境下拍摄获得原始图，原始图片经过均匀性校正(与均匀性标定数据相乘)，原始图片通过色彩校正输出颜色结果图，同时叠加金属贴图中金属光泽效果，并融合底板透明度效果，基色贴图会因为布料放置在底板的原因，出现错误底板纹理材质，不是面料具有纹理效果，需要结合透明度贴图效果，将底板的区域剔除，透明区域即为底板区域置，需要将该区域位置置于0(黑色)，同时因为e，f组两个不同角度灯光带有偏振片，减弱了面料光泽效果，需要叠加金属光泽效果，以此获得基色贴图；
62.2)法线贴图生成方式：中间b1组(东，西，南，北)四个方位进行原始图获取，且中低b2组(东，西，南，北)四个方位进行原始图获取，一共八张原始图，将原始图进行同态滤波的方法增强图像细节，同时将原始图拆分rgb三通道进行分别运算，让后通过t＝ρi(ni·
lj)ii,当前t为像素值，ρi为反射率，ni为表面单位法向量，lj为光源方向单位向量，ii为光源强度，通过该公式可以算出通过该方法求出法线值，其中ρi＝|(l
t
l)-1
l
t
t|，叠加八张不同方向灯光坐标位置l1-l8的光源方向，叠加八张不同原始图t像素值，求出表面法向量值，把法线值合并入rgb三通道中，获得法线贴图。
63.3)置换贴图生成方式：将生成法线贴图作为原始图，通过高斯模糊进行去噪操作，将rgb中r/b比值获得nx矩阵，
64.把g/b比值获得ny矩阵，rgb中不同通道分辨代表xyz方向法线，通过迭代法求解置换方式，将迭代区域划分为1，2，4，8，16，32，64大小sized的k值，图像长宽为h、w,横向划分0～k范围置0，k～w置nx原始值为nx_1,横向0～k置nx原始值，k～w置0为nx_2,纵向0～k为0,k～w置ny原始值为ny_1,纵向0～k为ny原始值,k～w置0为ny_2,在此基础上默认十次迭代(迭代次数越高，置换效果越好，速度越慢)，新建h矩阵默认置0，大小为nx/ny矩阵大小，其中新建h_x_1是横向0～k复制[0]序列位置的值，k～h置0，h_x_2是0～k置0，k～h复制[w]序列位置的值，h_y_1是纵向0～k复制[0]序列位置的值，k～h置0，h_y_2是0～k置0,k～h复制[w]序列位置的值，h_x_1/4+h_x_2/4+h_y_1/4+h_y_2/4+(-nx_1+nx_2
–
ny_1+ny_2)/4求出值把结果重新赋入矩阵h中，同样操作迭代10次。通过便利k值将整个迭代流程完成，最终result值进行result＝result-result(mean均值),result＝result/result(std方差)*27/255,结果值归一化0-1区间，获得置换贴图效果。
[0065]
4)金属贴图生成方式：c组面光源拍摄原始图作为a图，f组灯条(带偏振片)光源拍摄作为b图，a,b图进行均匀性校正，进行颜色校正，通过校正后rgb图获得两组gray＝0.333r+0.334g+0.333b灰度图，其中原理是a图带有光泽，b图无光泽，a减去b图获取差值下，可得出光泽值，将光泽值/金属系数，将大于0.25区间作为金属部分，同时进行灰度拉伸
处理0～1区间范围，获得金属贴图。
[0066]
5)粗糙度贴图生成方式：c组面光源拍摄原始图作为a图，d组灯条光源拍摄作为b图，e组灯条(偏振片)光源拍摄作为c图，a,b,c图进行均匀性校正，之后进行颜色校正，计算a,b,c三张亮度图gray＝0.333*r+0.334*g+0.333*b,其中原理是光滑物体在不同光照角度下，会出现亮度差异较大，粗糙度大亮度差异较小，可通过c组光照范围大且能量较为均匀，光滑物体在当前下亮度值较大，c图是无光泽图片。粗糙度值＝(b-a)/c*粗糙度系数，将结果值映射到0～1区间范围，获得粗糙度贴图；
[0067]
6)透明度贴图生成方式：放置面料状态下，拍摄a组灯光下面料原始图，(原始图-透明度标定图)把结果值映射到0-1区间范围，输出透明度贴图；
[0068]
上述贴图生成方法通过使用真实物体进行标定，利用色卡标定，均匀性标定，金属物件标定，以及粗糙度物件标定，使用现实物体作为标定物体，去映射出贴图真实基准效果，能够更好反映出贴图跟实际物体效果的差异，建立映射模型，更加贴近真实的贴图效果，而不是没有任何显示物理依据的贴图效果，使得生成的贴图更加拟真，更好的反应现实布料效果。
[0069]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种3d面料扫描采集方法，其特征在于：基于面料光照原理，面料材质在不同光照下不同特点，通过真实特点差异将真实效果线性映射出到3d面料贴图中，能够更加真实反映出面料材质特性，结合不同光照下的原始图相互叠加处理，计算得出pbr材质贴图效果，实现pbr金属/粗糙工作流贴图生成，当前3d面料采集方法可以实现基色贴图，法线贴图，置换贴图，粗糙度贴图，金属贴图，透明度贴图六大贴图效果，能够真实完整反应出真实面料效果，采集方式分为六层灯光照射，每层灯光照射分为东西南北四个方向；具体实施方式包括有颜色标定、透明度标定、金属度标定、粗糙度标定和亮度均匀性标定。2.根据权利要求1所述的一种3d面料扫描采集方法，其特征在于：颜色标定：a.在e组,f组灯光条件下放置24色爱色丽色卡，拍摄带有色卡原始图，通过lrgb->xyz->lab的空间域的颜色标定算法，进行该灯光环境下的颜色标定，将该环境下的标定数据进行保存记录，后续使用在基色贴图的生成进行颜色校正使用；b.在d组灯光条件下依照a方式，记录颜色标定数据；c.在c组灯光条件下依照a方式，记录颜色标定数据；d.在e组灯光条件下依照a方式，记录颜色标定数据。3.根据权利要求1所述的一种3d面料扫描采集方法，其特征在于：透明度标定：透明度基于a组灯光，无放置物体下，拍摄底板a组无物体灯光效果，记录原始透明度数据。4.根据权利要求1所述的一种3d面料扫描采集方法，其特征在于：金属度标定：反射率r>0.25为金属，当前标定使用2mm厚度，10cm*10cm光滑铝片作为金属标定对象，通过c，f组灯条拍摄a,b图，进行金属度计算，把光滑铝片结果值作为理想值金属为1.0标定对象，求出当前金属度系数比例。5.根据权利要求1所述的一种3d面料扫描采集方法，其特征在于：粗糙度标定：依照底板为理想朗伯体漫反射，通过c，d组灯条效果，拍摄a,b图，金属粗糙度计算，把底板结果值作为粗糙度为0.75值的标定对象，求出当前粗糙度系数比例。6.根据权利要求1所述的一种3d面料扫描采集方法，其特征在于：亮度均匀性标定：东西南北四个方位的灯条因为位置与灯条差异，会导致灯条均匀性较差，本专利基于底板为理想朗伯体进行均匀性标定；a.e,f两组灯光拍摄无物体底板原始图片，通过高斯模糊去除噪点，将原始图片进行置反操作(255-原始图片)，将置换的标定数据保存下来；b.d组灯光下依照a操作，记录均匀性标定数据；c.c组灯光下依照a操作，记录均匀性标定数据；d.f组灯光下依照a操作，记录均匀性标定数据。

技术总结
本发明涉及面料采集技术领域，且公开了一种3D面料扫描采集方法，基于面料光照原理，面料材质在不同光照下不同特点，通过真实特点差异将真实效果线性映射出到3D面料贴图中，能够更加真实反映出面料材质特性，结合不同光照下的原始图相互叠加处理，计算得出PBR材质贴图效果。该3D面料扫描采集方法，通过贴图生成方法通过使用真实物体进行标定，利用色卡标定，均匀性标定，金属物件标定，以及粗糙度物件标定，使用现实物体作为标定物体，去映射出贴图真实基准效果，能够更好反映出贴图跟实际物体效果的差异，建立映射模型，更加贴近真实的贴图效果，而不是没有任何显示物理依据的贴图效果，使得生成的贴图更加拟真，更好的反应现实布料效果。布料效果。布料效果。


技术研发人员：张成东 仲崇森 米小什
受保护的技术使用者：深圳创景数科信息技术有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/24